摘要
电化学发光（electrochemiluminescence，ECL）是一种基于高能电子转移的特异性化学发光，具有装置简单、灵敏度高、背景信号低、检测速度快等优点，被应用于生物标志物检测、临床诊断、环境和食品监测。生物标志物作为一种具有重要价值的诊断指标，不仅可以用于癌症等疾病的筛查和诊断，还可以用于了解疾病的进展，甚至预测疾病发生的可能性。ECL发光体的选择以及信号放大技术的探索是构建宽检测范围ECL免疫传感器的关键。镧系元素具有发光寿命长、发射带窄、斯托克斯位移大等光学特性，为新一代发光材料的合成带来了新的机遇。同时，镧系纳米材料具有良好的导电性、低毒性和生物相容性。铕作为镧系元素中最活泼的金属，其具有更高的发光强度和稳定性。以铕基复合材料作为ECL发光体时，在较低电位下就可以产生优异的ECL发光，因此在ECL领域展现了良好的应用前景。 由于实际样品中目标物分子的浓度往往处于较低水平，而正常生物分子又存在导电性差、位阻大的问题，因此在检测过程中需要放大信号，以实现准确、灵敏的检测。本文主要通过以下策略来提高构建的ECL免疫传感器的检测灵敏度：（1）合成ECL性能优良的发光体；（2）引入共反应促进剂策略，催化共反应物产生更多活性中间体；（3）修饰金、银纳米粒子，提高导电性和界面电子转移效率；（4）基于“天线效应”提高发光体的ECL效率。主要研究内容及结果如下： 1.血清中鳞状细胞癌抗原（SCCA）的水平会随着肿瘤的增大或疾病的复发而升高，目前已被确定为宫颈鳞状细胞癌预测、预后评估及复发的重要指标。本文设计了一种具有双共反应促进剂的夹心电化学发光免疫传感器，用于灵敏检测SCCA。首先，将正磷酸银（Ag3PO4）纳米粒子修饰在EuPO4纳米线表面，以改善其较差的分散性/溶解度。同时，EuPO4可作为共反应促进剂，催化S2O82–生成更多的中间体（SO4?–），显著增强Ag3PO4的ECL信号。在Ag3PO4@EuPO4复合纳米材料上修饰银纳米粒子（AgNP），其不仅可以作为发光体和生物标志物的连接体，还可以作为共反应促进剂有效增强ECL信号。同时，引入导电性能良好的SnS2-Ag作为传感器的基底材料。所设计的ECL免疫传感器具有稳定性好、重复性好、特异性好等优点。在最佳条件下，该方法检测SCCA的线性范围为0.0001~50ng·mL–1，最低检出限为25fg·mL–1（信噪比S/N=3），回收率为96.60%~100.4%，相对标准偏差小于4.8%，成功地应用于人血清中SCCA的检测。 2.胃泌素释放肽前体（Pro-GRP）作为小细胞肺癌的高灵敏性和高特异性的肿瘤标志物，它的灵敏检测至关重要。本文以Eu3+为中心离子，2,4,6-三（4-羧基苯基）-1,3,5-三嗪（H3TATB）为有机配体，合成了一种高效自发光铕基金属有机框架（Eu-TATB），构建夹心型ECL免疫传感器用以灵敏检测Pro-GRP。H3TATB作为强吸收配体，通过天线效应，将能量传递给Eu3+，从而增强了Eu3+的ECL响应信号。其次，Cu2O立方体作为共反应促进剂，催化S2O82–产生更多的SO4?–，进一步增强Eu-TATB的ECL强度。在最佳实验条件下，所设计的ECL免疫传感器检测Pro-GRP的线性范围为5fg?mL–1~50ng?mL–1，最低检出限为1.6fg?mL–1，显示出了优异的稳定性和特异性，并成功应用于人血清中Pro-GRP的检测。 3.大量证据发现N末端脑钠肽前体（NT-proBNP）的水平在心脑血管疾病患者中升高，因此被认为是诊断心衰的可靠生物标志物。本文构建了一种基于Eu2Sn2O7-Ag和MoS2-PEI-AuNP的高灵敏度ECL免疫传感器，用于检测NT-proBNP。电化学发光体Eu2Sn2O7具有毒性低、稳定性好、电子空位丰富等优点。通过银纳米粒子（AgNP）的原位表面修饰，显著提高了Eu2Sn2O7的界面电子传递效率。同时，引入AgNP和H2O2双信号放大策略。AgNP作为共反应促进剂，可促进共反应物K2S2O8的还原。此外，H2O2在电极表面还原生成的OH?也能诱导K2S2O8分解为SO4?–。MoS2-PEI-AuNP复合物可作为ECL免疫传感器的理想基底材料。在优化的实验条件下，ECL免疫传感器线性范围为10fg·mL?1~50ng·mL?1，最低检出限为2.9fg·mL?1，在检测人血清中NT-proBNP时具有良好的稳定性和特异性，显示了良好的临床诊断前景。
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